-Композитные активные элементы из разнородных материалов для лазеров с высокой средней и пиковой мощностью

Данный проект посвящен проблеме создания композитных активных элементов из разнородных оптических материалов для повышения средней мощности и энергии импульсов современных лазеров. Сегодня фемтосекундные лазеры экстремально высокой пиковой мощности (>1 ТВт) активно применяются в научно-исследовательских лабораториях всего мира. Стараниями десятков научных коллективов продемонстрирована возможность эффективного ускорения заряженных частиц и генерации яркого когерентного рентгеновского и терагерцового излучения с помощью лазеров. Однако для их широкого внедрения требуются лазеры, которые помимо экстремально высокой пиковой мощности обладают высокой средней по времени мощностью, то есть имеют высокую частоту следования импульсов. Одним из перспективных решений данной проблемы является использование пикосекундных лазеров на основе сред, легированных ионами Yb3+, для накачки параметрических усилителей. Данные среды обладают малым дефектом кванта, что приводит к снижению их тепловой нагрузки и повышению эффективности системы. Однако энергия существующих источников на основе иттербиевых сред, работающих при комнатной температуре, ограничена на уровне нескольких сотен мДж при средней мощности субкиловаттного уровня. Для одновременного достижения высокой средней мощности и высокой энергии ключевой проблемой является выбор геометрии активного элемента, которая одновременно должна обеспечить эффективное охлаждение среды, то есть иметь малый размер по крайней мере вдоль одной координаты, и эффективное запасание и извлечение энергии. Можно выделить три группы геометрий, применяемых в лазерах высокой средней мощности: тонкий стержень, тонкий слэб и тонкий диск. Все представленные геометрии обладают определенными недостатками, которые на сегодняшний день не позволяют достигнуть требуемых выходных параметров. Таким образом задача поиска новых геометрий остается актуальной и перспективным решением является использование композитных активных элементов. При этом особый интерес представляет использование композитов из разнородных материалов, а именно из лазерных сред и высокотеплопроводных оптических материалов, которые послужат для отведения тепла от активной среды (монокристалл сапфира Al2O3, монокристалл карбида кремния SiC, монокристалл искусственного алмаза и т. д.). Использование данного подхода позволит создать целый ряд новых геометрий активных элементов, обеспечивающих эффективное охлаждение лазерной среды одновременно с эффективным запасанием и извлечением энергии. Одной из наиболее перспективных геометрий для достижения одновременно высокой средней и пиковой мощности является «тонкий композитный диск».